کنترل غیر خطی خودروی تک چرخ با چهاردرجه ی آزادی

در این پایان نامه خودروی تک چرخ با چهار درجه آزادی برای اولین بار به صورت غیر خطی و بدون خطی سازی مدل شده است. در تمامی مطالعات انجام شده، مدل خودرو به صورت دو یا سه درجه آزادی بوده که به علت محدودیت حرکتی یک عدد چرخ می باشد. در این پایان نامه مدل ارائه شده، توسط مکانیزم خاصی درجه آزادی بیشتری برای یک چرخ فراهم می کند. با استفاده از روش لاگرانژ و زوایای اویلر متوالی معادلات حرکت خودروی تک چرخ محاسبه می شود. چهار معادله حرکت کاملا غیر خطی و کوپل بوده و نسبت به معادلات خودرو با سه درجه آزادی بسیار پیچیده تر می باشد. این خودرو شامل محل استقرار سرنشین، دو موتور و یک چرخ چند جهته که خود متشکل از تعدادی چرخ کوچک و یک چرخ بزرگ می باشد، تشکیل شده است. چهار درجه آزادی سیستم عبارتند از: زاویه پیچ که چرخش چرخ حول محور چرخ بزرگ می باشد، زاویه رول که انحراف خودرو به طرفین را توصیف می کند، زاویه انحراف محل استقرار سرنشین که سبب حرکت به سکت جلو-عقب می شود و زاویه چرخش چرخ های کوچک که حرکت به سمت چپ-راست را معرفی می-نماید. موتور ها بر روی محل استقرار سرنشین قرار گرفته اند و عکس العمل گشتاور تولیدی موتور به بدنه و شاسی محل استقرار سرنشین اعمال می شود. همواره در محاسبات پارامترهای هندسی سیستم به علت وجود خطای اندازه گیری، عدم قطعیت وجود دارد. برای غلبه بر عدم قطعیت های سیستم وکنترل آن از روش کنترل غیر خطی تطبیقی استفاده شده است. همچنین با استفاده از روش پایداری لیاپانوف، پایداری خودرو بررسی و تضمین می شود. روش کنترل تطبیقی استفاده شده از نوع تطبیقی خود تنظیم می باشد که با ایجاد اصلاحاتی در آن، عملکرد بهبود یافته تری از خود نشان می دهد. به علت ساختار پیچیده معادلات با استفاده از یک ایده جدید که شامل یک حلقه ی داخلی می باشد، سیگنال گشتاور کنترلی محاسبه و به موتور ها ارسال می شود. در نهایت معادلات حرکت در سیمولینک متلب شبیه سازی می شود و پس از بررسی صحت آن و مقایسه با فیزیک مسئله و مدلسازی های انجام شده درستی آن تصدیق می شود. برای تایید عملکرد بالای روش کنترل تطبیقی، نتایج آن را با روش کنترل pd مقایسه می نماییم. کنترل تطبیقی به خوبی عمل نموده و در کمترین زمان ممکن، انحراف خودرو به سمت جلو-عقب و طرفین را اصلاح نموده و پایداری آن را تضمین می نماید.